Energie solara

Energie solara Energie solara

 

Panouri solare

Energiasolara se refera la o sursa de energiereinnoibila care este direct produsa prin lumina si radiatia solara. Aceasta poate fifolosita sa:

genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice) genereze electricitate prin centrale electrice termale genereze electricitate prin turnuri solare incalzeasca blocuri, direct incalzeasca blocuri, prin pompe de caldura incalzeasca blocuri, prin cuptoare solare Dezavantaje

Nu exista niciun dezavantaj, deoarece instalatiile solare aduc beneficii din toate punctelede vedere.

Instalatiilesolare sunt de 2 tipuri: termice si fotovoltaice.

Instalatiile termice ajuta la economisirea gazului metan, in proportie de circa 75% pe an. Instalatiile fotovoltaice produc energie electrica gratis (cu lumina soarelui).

Panourilesolare fotovoltaice produc energie electrica 4h/zi (calculul se face pe minim:orele de lumina iarna). Ziua, timp de 4 ore, ( iarna 1,5 ore) aceste panourisolare produc energie electrica si in acelasi timp inmagazineaza energie inbaterii, pentru a fi folosita dealungul noptii, la casele izolate, fara legaturala reteaua electrica nationala.

Panourilesolare termice [1][2]spre deosebire de panourile solare fotovoltaice sunt instalatii cecapteaza energia continuta in razele solare si otransforma in energie termica. Deoarece aproapeintreg spectrul radiatieisolare este utilizat pentru producerea de energie termica, randamentul acestorpanouri este ridicat fiind in jur de 60%-75% raportat la energia continuta inrazele solare incidente (200-1000W/ m² in Europa in functie de latitudine,anotimp si vreme). Expresii cu semnificatieidentica sau apropiata: captatoare solare, colectoare solare.

Cuprins 1 Principiu de functionare 2 Mod de constructie 2.1 Panouri plate 2.2 Panouri cu tuburi vidate 3 Elementul absorbant 4 Istoric 5 Utilizari 6 Considerente economice 7 Surse Principiu defunctionare

Din punct devedere functional, componenta principala al panoului solar este elementulabsorbant care transforma energia razelor solare in energie termica si o cedeazaunui agent termic (apa, antigel). Cu ajutorul acestui agent termic, energiaeste preluata de la panou si fie stocat, fie utilizata direct(ex. apa caldamenajera).Pentrua reduce pierderile termice inevitabile, este nevoie de o separare termica aelementului absorbant de mediul inconjurator. In functie de tehnica utilizatain acest scop deosebim:

panouri ce utilizeaza materiale izolatoare obisnuite panouri in care izolarea termica se realizeaza cu ajutorul vidului dar au o tehnologie de fabricatie costisitoare panouri ce se bazeaza pe tehnici simple si se utilizeaza la incalzirea bazinelor de inot.  Mod de constructie Panouri plate

Panou solar termic

In principiu,un panou solar are o carcasa metalica de forma dreptunghiulara in care se aflamontate celelalte elemente. Printr-un geam de sticla, razele solare cad pe osuprafata care absoarbe aproape intregul domeniu spectral al acestora. Energia caloricarezultata nu se pierde, panoul fiind izolat termic in toate partile. Caldura deconvectie spre exterior este linitata de unul sau mai multe geamuri. Lapanourile cu vacuum, aceasta este aproape in intregime eliminata. Caldura deradiatie, datorata temperaturii proprii, este deasemenea impiedicata de geamulde sticla care este opac pentru lungimile de unda mai mari. Aceasta calduraeste retinuta in interiorul panoului, echilibrul termic conducand la otemperatura mai inalta decat in situatia fara geam. Acest efect este cunoscutsub numele de efect de sera. La panourile solaremoderne se utilizeaza sticla speciala, cu un continut cat mai mic posibil defier si cu o rezistenta marita la grindina si incarcare cu zapada.Elementulabsorbant, mai ales la panourile cu vid, poate prezenta o selectivitate fata delungimea de unda, astfel incat, pe de o parte, sa absoarba o gama cat mai largade radiatie solara si, pe de alta parte, sa aiba o emisie cat mai redusa indomeniul de infrarosu apropiat, pentru a reduce emisia de caldura

Elementul absobantcedeaza caldura agentului termic ce curge prin conductele de cupru sau aluminiuatasate acestuia. Agentul termictransporta energia calorica la utilizator sau la un recipient de stocare. Unelenstalatii solare au circuitul agentului termic deschis, ceea ce inseamna caprin conductele panoului circula chiar apa necesara utilizatorului, cum estecazul in principal al instalatiilor functionand pe principiul termosifonului.In regiunile cu pericol de inghet mai mare, se apeleaza totusi de regula la circuiteseparate. Circuitul primar, cel al panoului contine un lichid rezistent lainghet (antigel). Din circuitul primar caldura este transferata prinintermediul unui schimbator de caldura apei din circutul secundar, cel alutilizatorului.

Panouri cu tuburi vidate

Panou solar cutuburi vidate

Detaliu panou solarcu tuburi vidate

O constructiespeciala prezinta panourile solare cu tuburi vidate[3]. Ele se compun din tuburiparalele in spatele carora se afla reflectoare pentru concentrarea radiatiaisolare. Tuburilevidate se compun din doua tuburi de sticla concentrice intre care este vid.Tubul din interior este inconjurat de o suprafata absorbanta de care esteatasat un tub de cupru prin care circula un agent termic. Vidul dintre tuburireduce la minimum pierderile de caldura prin conventie si conductie, pemitindobtinerea de performante superioare(randament si temperaturi mai mari).Datorita temperaturilor mai mari instalatia de incalzire poate necesitaelemente speciale pentru eliminarea pericolului supraincalzirii. Astfel depanouri sunt mai eficiente in zonele cu temperatura moderata, utilizarea lor inzone calde justificandu-se doar in instalatii tehnice unde este nevoie detemperaturi mai mari. Un alt avantaj il reprezinta faptul ca suprafataabsorbanta fiind mereu perpendiculara pe directia razelor solare, energiaabsorbita este aproape constanta in cursul zilei. Tehnologia utilizata lafabricarea acestui tip de panou este asemanatoare celei de la centraleletermice cu jgheaburi parabolice.

Elementul absorbant

Elementulabsorbant trebuie sa capteze cat mai bine radiatia solara, atat cea directa catsi cea difuza, si sa o transforme in caldura. In acelasi timp caldura cedatasub forma de radiatie sa fie cat se poate de mica. In termini tehnici aceastainseamna ca trebuie sa se comporte selectiv fata de lungimile de undacorespunzatoare celor doua procese.

In tarile cuclima mai calda se intrebuinteaza adeseori componente acoperite doar cu asanumitele lacuri solare. Aceste lacuri sunt foarte rezistente la caldura si deregula sunt de culoare neagra pentru a gradul de absorbtie cel mai mare posibilpentru radiatia solara. In acelasi timp aceste lacuri au un nivel destul deinalt de emisie in zona de mijloc a radiatiei infrarosii – ca urmare o parte acaldurii captate va fi emisa din nou.

Pentru a reducela minimum pierderile de energie, se va acoperi partea bsorbanta cu un stratfoarte selectiv. Astfel se pot obtine coeficienti de absorbtie de 94% in bandade 0,4...0,8µm lungime de unda si coeficienti de emisie de 6% pentru lungimeade unda de 7,5µm corepunzatoare radiatiei proprii a materialului absorbant

Una din primeleacoperiri cu materiale cu absorbtie selectiva, utilizabila in productia inserie, a fost acoperirea cu crom. Acesta se aplica pe suprafetele de aluminiusau cupru prin procedeu galvanic. Pe suprafata metalului apar firicele de cromcare capteaza intre ele razele de lumina, dar datorita marimii lor reduse nupermit emiterea de lungimi de unda mai mari. O modalitate elaborata dar carinsa nu a mai fost pusa in fabricatie a avut ca baza acoperirea cu nichel.

Pana prin anul1977 procedeul de cromare era dominant pe piata. Intre timp au aparut noimodalitati de acoperire cu strat absorbant care permit obtinerea de randamentemai mari pe de o parte, si prin renuntarea la procesele galvanice sunt maiecologice din punct de vedere al productiei si reciclarii pe de alta parte.

Actualmente celmai extins procedeu este cel de depunere in atmosfera de gaz inert a unui stratde titan de culoare albastra(procedeul PVD), care cu toate ca in comparatie cunegrul din cazul acoperirii cu crom are un coeficient de absorbtie mai mic,prezinta o emisie mult mai slaba si ca atare un randament total mai mare.Primele acoperiri de acest tip s-au elaborat in Germania si au fost lansate pepiata de catre TiNOX GmBH[4]. Teoretic se pot obtine si alteculori ale stratului de acoperire, care insa nu au acelasi randament.

O altatehnologie a fost elaborata in anii 90 de catre firma Interpane [5] care creeaza o structura deceramica – metal (probabil tot pe baza de titan) care straluceste intr-un tonde negru-albastrui.

Cele douaprocedee de acoperire, pana mai recent, erau posibile doar pe suprafete decupru, pentru aluminiu tehnici corespunzatoare au aparut doar de putin timp pepiata. Chiar si in acest caz pentru transportul caldurii cu ajutorul agentuluitermic se utilizeaza conducte de cupru care se racordeaza prin sudare laser curpartea absorbanta.

Pe langamaterialul de acoperire utilizat, producatorii se disting si prin forma derealizare a partii absorbante. Frecvente sunt solutiile ce utilizeaza o placametalica ce acopera toata suprafata interioara a panoului. In acest cazconducta este sudata/lipita in forma de harfa sau serpentina pe spatele placii.Pe langa aceasta exista constructii pe baza de benzi se cca 10-15cm latime pereversul carora se afla cate o conducta sudata. Benzile mai apoi sun racordateprin sudura la cele doua capete la o conducta colectoare. O a treia forma esteasemanatoare unei perne, pe spatele placii absorbante fiind sudata o a douaplacaformata prin stantare. Agentul termic circula printre cele doua placi. Inprincipiu prima varianta de realizare prezinta eficienta cea mai mare. Darpentru ca producatorii, la inceput au putut utiliza noile procedee de obtinerea straturilor foarte selective doar in cazul placilor de cupru cu dimensiunilimitate, mai ales in cazul modelelor mai vechi a fost posibila utilizarea doara benzilor. Intre timp noile tehnologii permit fabricarea de placi de pana la 1200mmlatime, ceea ce asigura o mai mare flexibilitate in variantele de fabricatie.In schimb utilizarea benzilor pe de o parte face posibila doar asamblarea informa de harfa, pe de alta parte permite adaptarea mai usoara la formaacoperisurilor (panouri cu dimensiuni la cerere).

Istoric

Ideeautilizarii efectului termic al radiatiei solare este veche. Inca in antichitateArchimede a incendiat flota romana concentrand razele solare cu ajutoruloglinzilor(legenda).

In secolul 18naturalistul Horace-Bénédict de Saussure a construit precursorul panoului solarde azi, o cutie simpla de lemn, cu interiorul vopsit in negru si acoperita custicla. Cu acest prim panou solar s-a atins o temperatura de 87°C.

La mijloculsecolului 19 francezul Augustin Mouchot a dezvoltat panoul lui Saussureadaugandu-i oglinzi concave, iar in anul 1878 la expozitia mondiala din Paris aexpus o masina cu aburi actionata cu energie solara si a facut propunereutilizarii acesteia pentru generarea de electricitate.

 Utilizari

Principiul termosifon

Schema simplificatade prepararea apei calde menajere cu panou solar 1. Panou solar; 2. Comanda; 3.Pompa; 4. Vas de presiune; 5. Rezervor de apa; 6.Sursa de calduracomplementara)

Panoul solareste componenta principala a unei instalatii termice solare si pana in anul2002 a fost utilizat indeosebi pentru prepararea de apa calda, iar recent isigaseste aplicare si in furnizarea energiei necesare incalzirii cladirilor. Daca este asociat cu unrezervor de stocare a energiei, se poate asigura incalzirea cladirii numai cuenergie solara.

Vehiculareaenergiei termice intre panoul solar si locul de utilizare sau depozitare poateavea loc cu sau fara utilizarea unei surse de energie externa. In primul cazavem de a face cu sisteme ce utilizeaza pompe actionate electric, sisteme dereglare automata, etc., in al doilea caz se utilizeaza principiul termosifonbazat pe diferenta de densitate a agentului termic la diferite temperaturi. Apacalda se ridica in sus, pe cand cea rece coboara. Altfel decat la incalzirecentrala functionand pe acelasi principiu, in acest caz rezervorul trebuie sase gaseasca deasupra panoului solar. Adesea panoul solar si rezevorulconstituie un bloc comun.

Cele maicunoscute si frecvente utilizari ale panourilor solare termice este inprepararea apei calde menajere. La montare corespunzatoare a panourilor si arezervorului,in Europa Centrala se poate asigura apa necesara pentru spalat sibaie pe intreg pe o perioada de cca o jumatate de an (sezonul de vara).Teoretic se poate asigura caldura necesara consumului casnic pe parcursulintregului an, dar in acest caz este nevoie de o suprafata mai mare acoperitacu panouri, rezultand un exces de apa calda pe perioada verii. La o astfel desupradimensionare, randamentul investitiei semnificativ mai mari va fi redus sinu va fi compensat de economia de combustibili fosili(gaz, pacura,lemn, etc.)sau electricitate devenind nerentabil. Panouri dimensionate economic, potinlocui sau completa sursele de energie termica intr-un procent suficient demare contributia la prepararea apei calde variind intre 30% si 100% raportat laun an intreg..

Primelesuprafete mari acoperite cu panouri solare termice au aparut dupa crizapetroliera din anii 70 fiind utilizate la incalzirea apei din bazinele de innotpublice si private. Instalarea de panouri solare termice a primit un impulssuplimentar in Germani datorita sprijinului guvernamental federal si celui allandurilor. Chiar si procese industriale utilizeaza energia termica solara. Unexemplu in acest sens il prezinta incalzirea biomasei in procesul de preparareal biogazului.

Dacainstalatiiile cu panouri solare se racordeaza si la intalatiile de incalzire,se poate contribui si la reducerea costului cu incalzirea cu pana la catevazeci de procente. In cazul unei exigente mai mari la intregul sistem se poateracorda un rezervor de stocare sezoniera a caldurii ceea ce va permiteacumularea de suficienta energie calorica pentu a putea complet eliminautilizarea altor combustibili. Un astfel de rezervor de stocare de caldura, incel mai simplu caz poate fi o cantitate suficienta de apa sau pietris(cca. 20T)din mijlocul cladirii sau subsolul acesteia.

Amortizareaunei instalatii solar termice pentru producerea apei calde este posibila in cca8 ani in conditiile unei constructii optimale, a unei utilizari rationale si aexistentei unui sprijin din partea statului la tendintele actuale de pe piatacombustibililor fosili. Producatorii livreaza panourile solare termale cu odurata de viata previzibilp de cca 20 ani. Durate de amortizare de peste 16 anisunt posibile doar daca instalatia a fost necorespunzator proiectata,respectiveutilizata.

Pentru adispune de apa calda suficienta si in zilele ploioase panourilor solare li seataseaza din constructie un rezervor special de apa calda cu schimbator decaldura care in functie de numarul de membri de familie poate avea o capacitatede 300-1500L. Pentru cladirile mai mari (blocuri, spitale, hoteluri, etc.),care datorita marimii au o utilizarii aproape continua, putand avea un termende amortizare mai redus, se contruiesc rezervoare de stocare a calduriiindustriale dimensionate corespunzator consumului. In rezervoarele obisnuite,circuitul primar al panoului incalzeste doar jumatatea de jos a acestuia, apacalda ridicandu-se datorita convectiei si temperatura ajungand pana la valoareaadmisa de 95°C.

Considerenteeconomice
Panouri solare pentru prepararea apei calde la unhotel din Mallorca

Panouri solarepentru incalzirea apei unui bazin de inot

Panourile solare transforma energia radiatiei solare in caldura atunci cand aceasta cade pe suprafata de absorbtie Pentru a obtine o temperatura de 40-60°C in rezervor, este necesar ca in panou sa se atinga cel putin 65°C. Daca panoul solar este montat in circuit doar pentru a preincalzi apa din rezervor, randamentul va fi mai mare deoarece nivelele de temperatura pot fi mai mici. Izolarea termica impiedica schimbul de caldura intre doua medii. Scopul si locul instalarii sunt importante din punct de vedere al gradului de exploatare, al eficientei in exploatare si ca urmare al economicitatii instalatiei.

Cele de mai susau o greutate considerabila in analiza economicitatii utilizarii panourilorsolare termice unde intrebarea de baza se refera la recuperarea investitiei.Tendinta este de a utiliza capacitatea panourilor la maximum fara perioade demers in gol..

Pentruprepararea apei calde menajere de exemplu, este nevoie sa se cunoasca nevoiazilnica de apa calda. In acest caz este bine ca instalatia sa se dimensionezela 70% din necesarul de energie din cauza diferentelor de capacitate in functiede anotimp. Daca se dimensioneaza la o capacitate de 100% din energianecesitata iarna, in vara vom avea un exces de apa calda care nu se poateutiliza, deci o suprafata de panou neutilizata in care s-a investit. Daca sedimensioneaza rezervorul astfel incat sa stocheze toata energia caloricaprodusa, apar pierderile in timp datorita izolatiei imperfecte a acestuia.Rezulta ca atat din punct de vedere economic cat si ecologic, este rational sase apeleze la un sistem hybrid care combina panourile solare cu sisteme clasicede incalzire.

 

Articol preluat de pe www.wikipedia.ro